औषधियों के लिए नैनोकणों का अल्ट्रासोनिक उपचार

प्रोब-प्रकार के सोनिकेटर कणों का आकार घटाने, कोशिका विघटन और समांगीकरण के लिए एक शक्तिशाली और नियंत्रित साधन प्रदान करके औषधीय अनुसंधान और विनिर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। सोनिकेटर कैविटेशन उत्पन्न करने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करते हैं, जिससे सूक्ष्म बुलबुले बनते और ढहते हैं। यह परिघटना तीव्र अपरूपण बल और आघात तरंगें उत्पन्न करती है, जो प्रभावी ढंग से कणों को तोड़ती हैं या कोशिकाओं का विघटन करती हैं।

औषधीय अनुप्रयोगों में प्रोब-प्रकार के सोनिकेटरों के उपयोग के कुछ प्रमुख पहलू यहाँ दिए गए हैं:

• कणों का आकार घटाना: प्रोब सोनिकेटरों का उपयोग सक्रिय औषधीय अवयवों (APIs) या अन्य यौगिकों के कणों का आकार घटाने के लिए किया जाता है। औषधीय फ़ॉर्मूलेशनों की जैवउपलब्धता, घुलने की दरों और समग्र प्रभावकारिता को बढ़ाने के लिए कणों का छोटा और एकसमान आकार अत्यंत आवश्यक है।
• कोशिका विघटन: जैवऔषधीय अनुसंधान में, अंतःकोशिकीय घटकों को मुक्त करने के लिए प्रोब सोनिकेटरों का उपयोग कोशिका विघटन में किया जाता है। यह सूक्ष्मजीवी कोशिकाओं या संवर्धित स्तनधारी कोशिकाओं से प्रोटीन, एंज़ाइम और अन्य जैवअणुओं के निष्कर्षण के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
• समांगीकरण: अवयवों का एकसमान वितरण सुनिश्चित करने के लिए औषधीय फ़ॉर्मूलेशनों का समांगीकरण आवश्यक है। प्रोब सोनिकेटर कण-समुच्चयों को तोड़कर और घटकों को समान रूप से परिक्षेपित करके समांगता प्राप्त करने में सहायता करते हैं।
• नैनोइमल्शन और लिपोसोम का निर्माण: औषधीय फ़ॉर्मूलेशनों में स्थिर नैनोइमल्शन और लिपोसोम बनाने के लिए सोनिकेशन का उपयोग किया जाता है। घुलनशीलता और जैवउपलब्धता बढ़ाने के लिए इन नैनोस्तरीय वितरण प्रणालियों का उपयोग औषधि वितरण में किया जाता है।
• गुणवत्ता नियंत्रण और प्रक्रिया अनुकूलन: औषधीय विनिर्माण में गुणवत्ता नियंत्रण के लिए सोनिकेशन एक उपयोगी साधन है। यह कण आकार वितरण और समांगता में एकरूपता सुनिश्चित करके प्रक्रियाओं को अनुकूलित करने में मदद करता है, जिससे अलग-अलग बैचों में परिणामों की पुनरुत्पादकता में योगदान मिलता है।
• औषधि फ़ॉर्मूलेशन और विकास: औषधि फ़ॉर्मूलेशन और विकास के दौरान, स्थिर निलंबन, इमल्शन या परिक्षेपण तैयार करने के लिए प्रोब सोनिकेटरों का उपयोग किया जाता है। वांछित भौतिक और रासायनिक गुणों वाले औषधीय उत्पादों को अभिकल्पित करने के लिए यह अत्यंत महत्वपूर्ण है।

औषधियों में नैनोसामग्रियाँ

अल्ट्रासोनिक प्रौद्योगिकियाँ औषधीय अनुसंधान और विनिर्माण में नैनोसामग्रियों की तैयारी, प्रसंस्करण और कार्यात्मककरण में केंद्रीय भूमिका निभाती हैं। ध्वनिक कैविटेशन सहित उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड के तीव्र प्रभाव कण-समुच्चयों को तोड़ने, कणों को परिक्षेपित करने और नैनो-बूँदों का इमल्सीकरण करने में योगदान देते हैं। Hielscher के उच्च-प्रदर्शन वाले सोनिकेटर औषधीय मानकों के अनुरूप एक विश्वसनीय और कुशल समाधान प्रदान करते हैं, जो सुरक्षित उत्पादन सुनिश्चित करता है और अतिरिक्त अनुकूलन प्रयासों के बिना उत्पादन का पैमाना बढ़ाना सुगम बनाता है।

नैनोसामग्रियों का प्रसंस्करण

नैनोसामग्रियों, विशेष रूप से नैनोकणों, ने औषधियों में दवा वितरण में क्रांति ला दी है और सक्रिय कारकों को मुँह के रास्ते या इंजेक्शन के माध्यम से देने की एक सिद्ध विधि प्रदान की है। यह प्रौद्योगिकी दवा की खुराक देने और उसके वितरण की दक्षता बढ़ाती है, जिससे चिकित्सा उपचारों के लिए नए मार्ग खुलते हैं। दवाओं, ऊष्मा या अन्य सक्रिय पदार्थों को सीधे विशिष्ट कोशिकाओं, विशेष रूप से रोगग्रस्त कोशिकाओं, तक पहुँचाने की क्षमता एक महत्वपूर्ण प्रगति है।

कैंसर चिकित्सा में, नैनो-फॉर्मूलेशन वाली दवाओं ने आशाजनक परिणाम दिखाए हैं। इनमें नैनोआकार के कणों का लाभ उठाकर दवा की उच्च खुराक सीधे ट्यूमर कोशिकाओं तक पहुँचाई जाती है, जिससे अन्य अंगों पर दुष्प्रभावों को न्यूनतम रखते हुए चिकित्सीय प्रभावों को अधिकतम किया जाता है। नैनोस्तरीय आकार इन कणों को कोशिका भित्तियों और झिल्लियों से होकर गुजरने देता है, जिससे सक्रिय कारक ठीक लक्षित कोशिकाओं पर मुक्त होते हैं।

नैनोसामग्रियों, जिन्हें 100nm से कम आयाम वाले कणों के रूप में परिभाषित किया गया है, का प्रसंस्करण ऐसी चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है जिनके लिए अधिक प्रयास की आवश्यकता होती है। नैनोसामग्रियों के समुच्चयों को तोड़ने और उनका परिक्षेपण करने के लिए अल्ट्रासोनिक कैविटेशन एक सुस्थापित प्रौद्योगिकी के रूप में उभरता है। कार्बन नैनोट्यूब (CNTs), विशेष रूप से बहु-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (MWCNTs) और एकल-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs), अद्वितीय गुण प्रदर्शित करते हैं। इनमें दवा के अणुओं को संपुटित करने के लिए बड़ा आंतरिक आयतन और कार्यात्मककरण के लिए विशिष्ट सतहें होती हैं।
 

SWCNTs का सोनोकेमिकल उत्पादन। फेरोसीन-जाइलीन मिश्रण के विलयन में सिलिका पाउडर का कमरे के तापमान और परिवेशी दाब पर 20 min. तक सोनिकेशन किया गया है। सोनिकेशन से सिलिका पाउडर की सतह पर उच्च शुद्धता वाले SWCNTS बनते हैं। (Jeong et al. 2004)

कार्यात्मककृत कार्बन नैनोट्यूब (f-CNTs) विलेयता बढ़ाने, ट्यूमर को दक्षतापूर्वक लक्षित करने और कोशिकाविषाक्तता से बचने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। अल्ट्रासोनिक तकनीकें उनके उत्पादन और कार्यात्मककरण को सुगम बनाती हैं, जैसे उच्च शुद्धता वाले SWCNTs के लिए सोनोकेमिकल विधि। इसके अतिरिक्त, f-CNTs टीका वितरण प्रणालियों के रूप में काम कर सकते हैं, जिनमें विशिष्ट प्रतिरक्षी प्रतिक्रियाएँ उत्पन्न करने के लिए प्रतिजनों को कार्बन नैनोट्यूब से जोड़ा जाता है।
सिलिका, टाइटेनिया या ऐलुमिना से प्राप्त सिरेमिक नैनोकणों की सतहें सरंध्र होती हैं, जिससे वे आदर्श दवा वाहक बनते हैं। सोनोकेमिस्ट्री का उपयोग करके नैनोकणों का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण और अवक्षेपण नैनोआकार के यौगिक तैयार करने के लिए नीचे से ऊपर की ओर निर्माण का दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। यह प्रक्रिया द्रव्यमान अंतरण बढ़ाती है, जिसके परिणामस्वरूप कणों का आकार छोटा और एकरूपता अधिक होती है

नैनोकणों का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण और अवक्षेपण

नैनोकणों के कार्यात्मककरण में अल्ट्रासोनिकेशन महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह तकनीक कणों के चारों ओर की सीमा परतों को दक्षतापूर्वक तोड़ती है, जिससे नए कार्यात्मक समूह कण की सतह तक पहुँच पाते हैं। उदाहरण के लिए, PL-PEG खंडों के साथ एकल-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs) का अल्ट्रासोनिक कार्यात्मककरण कोशिकाओं द्वारा अविशिष्ट ग्रहण में बाधा डालता है, जबकि लक्षित अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट कोशिकीय ग्रहण को बढ़ावा देता है।

विशिष्ट विशेषताओं और कार्यों वाले नैनोकण प्राप्त करने के लिए कणों की सतह को संशोधित करना आवश्यक है। बहुलकीय नैनोकणों, लिपोसोम, डेंड्रिमर, कार्बन नैनोट्यूब, क्वांटम डॉट आदि जैसी विभिन्न नैनोप्रणालियों का औषधनिर्माण में दक्ष उपयोग के लिए सफलतापूर्वक कार्यात्मककरण किया जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक कण कार्यात्मककरण का व्यावहारिक उदाहरण:

PL-PEG द्वारा SWCNTs का अल्ट्रासोनिक प्रकार्यात्मककरण: Zeineldin et al. (2009) ने प्रदर्शित किया कि फॉस्फोलिपिड-पॉलीएथिलीन ग्लाइकॉल (PL-PEG) के साथ अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा एकल-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूबों (SWNTs) का परिक्षेपण PL-PEG को खंडित कर देता है, जिससे कोशिकाओं द्वारा अविशिष्ट ग्रहण को रोकने की इसकी क्षमता में बाधा आती है। हालांकि, अखंडित PL-PEG कैंसर कोशिकाओं द्वारा अभिव्यक्त ग्राही अणुओं के दो अलग-अलग वर्गों तक लक्षित SWNTs के विशिष्ट कोशिकीय ग्रहण को बढ़ावा देता है। PL-PEG की उपस्थिति में अल्ट्रासोनिक उपचार कार्बन नैनोट्यूबों को परिक्षेपित करने या उनका प्रकार्यात्मककरण करने की एक सामान्य विधि है, और लिगैंड द्वारा प्रकार्यात्मककृत नैनोट्यूबों के विशिष्ट कोशिकीय ग्रहण को बढ़ावा देने के लिए PEG की अखंडता महत्वपूर्ण है। चूंकि खंडन अल्ट्रासोनिकेशन का एक संभावित परिणाम है, और इस तकनीक का उपयोग सामान्यतः SWNTs को परिक्षेपित करने के लिए किया जाता है, इसलिए यह औषधि वितरण जैसे कुछ अनुप्रयोगों के लिए चिंता का विषय हो सकता है।
 

PL-PEG के साथ SWCNTs का अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण (Zeineldin et al., 2009)

अल्ट्रासोनिक लिपोसोम निर्माण

अल्ट्रासाउंड का एक अन्य सफल अनुप्रयोग लिपोसोम और नैनो-लिपोसोम तैयार करना है। लिपोसोम आधारित औषधि और जीन वितरण प्रणालियां अनेक उपचारों के साथ-साथ सौंदर्य प्रसाधनों और पोषण में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। लिपोसोम अच्छे वाहक हैं, क्योंकि जल में घुलनशील सक्रिय पदार्थों को लिपोसोम के जलीय केंद्र में रखा जा सकता है या, यदि पदार्थ वसा में घुलनशील हो, तो उसे लिपिड परत में रखा जा सकता है। अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग करके लिपोसोम बनाए जा सकते हैं। लिपोसोम तैयार करने की आधार सामग्री जैविक झिल्लियों के लिपिडों से व्युत्पन्न या उन पर आधारित एम्फिलिक अणु हैं। छोटी एकपटलीय पुटिकाओं (SUV) के निर्माण के लिए लिपिड परिक्षेपण का हल्का सोनिकेशन किया जाता है – उदाहरण के लिए, हाथ में पकड़े जाने वाले अल्ट्रासोनिकेटर UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter या अल्ट्रासोनिक कप-हॉर्न से। ऐसे अल्ट्रासोनिक उपचार की अवधि लगभग 5 – 15 मिनट होती है। छोटी एकपटलीय पुटिकाओं के उत्पादन की एक अन्य विधि बहुपटलीय पुटिकाओं वाले लिपोसोम का सोनिकेशन है।
Dinu-Pirvu et al. (2010) ने कमरे के तापमान पर MLVs का सोनिकेशन करके ट्रांसफरोसोम प्राप्त करने की सूचना दी है।
Hielscher Ultrasonics सभी प्रकार की प्रक्रियाओं की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विभिन्न अल्ट्रासोनिक उपकरण, सोनोट्रोड और सहायक उपकरण प्रदान करता है।
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लिपोसोम में पदार्थों का अल्ट्रासोनिक संपुटन

लिपोसोम सक्रिय पदार्थों के वाहक के रूप में कार्य करते हैं। सक्रिय पदार्थों को भीतर समाहित करने के लिए लिपोसोम तैयार करने और बनाने में अल्ट्रासाउंड एक प्रभावी साधन है। संपुटन से पहले, फॉस्फोलिपिड के ध्रुवीय शीर्षों के सतही आवेशों के बीच पारस्परिक क्रिया के कारण लिपोसोम समूह बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं (Míckova et al. 2008), और इसके अलावा उन्हें खोलना भी आवश्यक होता है। उदाहरण के लिए, Zhu et al. (2003) अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा लिपोसोम में बायोटिन चूर्ण के संपुटन का वर्णन करते हैं। पुटिका निलंबन विलयन में बायोटिन चूर्ण मिलाने पर, विलयन का लगभग 1 घंटे तक सोनिकेशन किया गया। इस उपचार के बाद, बायोटिन लिपोसोम के भीतर समाहित हो गया।

लिपोसोमल इमल्शन

मॉइस्चराइज़िंग या उम्र बढ़ने के प्रभावों को कम करने वाली क्रीमों, लोशनों, जेलों और अन्य कॉस्मेस्यूटिकल फ़ॉर्मूलेशनों के पोषणकारी प्रभाव को बढ़ाने के लिए, लिपिड की अधिक मात्रा को स्थिर रखने हेतु लिपोसोमल परिक्षेपणों में पायसीकारक मिलाए जाते हैं। लेकिन अध्ययनों से पता चला था कि लिपोसोम की क्षमता सामान्यतः सीमित होती है। पायसीकारक मिलाने पर यह प्रभाव पहले दिखाई देगा और अतिरिक्त पायसीकारक फॉस्फेटिडिलकोलीन की अवरोध के प्रति बंधुता को कम करते हैं। फॉस्फेटिडिलकोलीन और लिपिड से बने नैनोकण इस समस्या का समाधान हैं। ये नैनोकण तेल की एक बूँद से बनते हैं, जो फॉस्फेटिडिलकोलीन की एकल परत से ढकी होती है। नैनोकणों के उपयोग से ऐसे फ़ॉर्मूलेशन बनाए जा सकते हैं जो अधिक लिपिड अवशोषित करने और स्थिर बने रहने में सक्षम हों, जिससे अतिरिक्त पायसीकारकों की आवश्यकता नहीं होती।
अल्ट्रासोनिकेशन नैनोइमल्शन और नैनोपरिक्षेपणों के उत्पादन की एक सिद्ध विधि है। अत्यधिक तीव्र अल्ट्रासाउंड किसी द्रव प्रावस्था (परिक्षिप्त प्रावस्था) को दूसरी प्रावस्था (सतत प्रावस्था) में छोटी बूँदों के रूप में परिक्षिप्त करने के लिए आवश्यक शक्ति प्रदान करता है। परिक्षेपण क्षेत्र में, भीतर की ओर ढहते कैविटेशन बुलबुले आसपास के द्रव में तीव्र आघात तरंगें उत्पन्न करते हैं और उच्च द्रव वेग वाले द्रव जेट बनाते हैं। परिक्षिप्त प्रावस्था की नवगठित बूँदों को सहसंलयन के विरुद्ध स्थिर रखने के लिए, इमल्शन में पायसीकारक (पृष्ठ-सक्रिय पदार्थ, सर्फ़ैक्टेंट) और स्थिरकारी पदार्थ मिलाए जाते हैं। चूँकि विखंडन के बाद बूँदों का सहसंलयन अंतिम बूँद आकार वितरण को प्रभावित करता है, इसलिए कुशलतापूर्वक स्थिर करने वाले पायसीकारकों का उपयोग किया जाता है, ताकि अंतिम बूँद आकार वितरण उसी स्तर पर बना रहे जो अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण क्षेत्र में बूँदों के विखंडन के तुरंत बाद होता है।

लिपोसोमल परिक्षेपण

असंतृप्त phosphatidylchlorine पर आधारित लिपोसोमल परिक्षेपणों में ऑक्सीकरण के विरुद्ध स्थिरता की कमी होती है। परिक्षेपण को एंटीऑक्सीडेंट द्वारा स्थिर किया जा सकता है, जैसे विटामिन C और E के संकुल द्वारा।
Ortan et al. (2002) ने लिपोसोम में Anethum graveolens के आवश्यक तेल की अल्ट्रासोनिक तैयारी संबंधी अपने अध्ययन में अच्छे परिणाम प्राप्त किए। सोनिकेशन के बाद लिपोसोम के आकार 70–150 nm के बीच थे और MLV के आकार 230–475 nm के बीच थे; ये मान 2 महीने बाद भी लगभग स्थिर रहे, लेकिन 12 महीने बाद बढ़ गए, विशेष रूप से SUV परिक्षेपण में (नीचे दिए गए हिस्टोग्राम देखें)। आवश्यक तेल की हानि और आकार वितरण से संबंधित स्थिरता मापन ने भी दिखाया कि लिपोसोमल परिक्षेपणों ने वाष्पशील तेल की मात्रा बनाए रखी। इससे संकेत मिलता है कि आवश्यक तेल को लिपोसोम में बंद करने से तेल की स्थिरता बढ़ी।
 

1 वर्ष बाद MLV और SUV परिक्षेपणों की स्थिरता। लिपोसोमल फ़ॉर्मूलेशनों को 4±1 ºC पर संग्रहीत किया गया था।
(अध्ययन और ग्राफ़िक: ©Ortan et al., 2009):

 
अल्ट्रासोनिक लिपोसोम तैयारी के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहाँ क्लिक करें!

औषधीय अनुसंधान और विनिर्माण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले सोनिकेटर

Hielscher Ultrasonics औषधियों के अनुसंधान और विनिर्माण के लिए उच्च गुणवत्ता और उच्च प्रदर्शन वाले सोनिकेटरों का आपका शीर्ष आपूर्तिकर्ता है। 50 वाट से लेकर 16,000 वाट तक की श्रेणी में उपलब्ध उपकरण हर आयतन और हर प्रक्रिया के लिए उपयुक्त अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर चुनना संभव बनाते हैं। उपकरणों के उच्च प्रदर्शन, विश्वसनीयता, मजबूती और आसान संचालन के कारण अल्ट्रासोनिक उपचार नैनोसामग्रियों की तैयारी और प्रसंस्करण के लिए एक आवश्यक तकनीक है। CIP (उपकरण को उसके स्थान पर ही साफ़ करना) और SIP (उपकरण को उसके स्थान पर ही निर्जीवाणुकृत करना) से सुसज्जित Hielscher सोनिकेटर औषधीय मानकों के अनुसार सुरक्षित और कुशल उत्पादन की गारंटी देते हैं। सभी विशिष्ट अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं का प्रयोगशाला या बेंच-टॉप पैमाने पर आसानी से परीक्षण किया जा सकता है। इन परीक्षणों के परिणाम पूरी तरह से पुनरुत्पादनीय होते हैं, इसलिए इसके बाद पैमाना बढ़ाना रैखिक होता है और प्रक्रिया के अनुकूलन के लिए अतिरिक्त प्रयास किए बिना आसानी से किया जा सकता है।

Hielscher सोनिकेटर: डिज़ाइन, निर्माण और परामर्श – जर्मनी में निर्मित गुणवत्ता

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी उच्चतम गुणवत्ता और डिज़ाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मज़बूती और आसान संचालन हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों को औद्योगिक संयंत्रों में सुचारु रूप से एकीकृत करना संभव बनाते हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर कठिन परिस्थितियों और चुनौतीपूर्ण परिवेशों में आसानी से काम करते हैं।

Hielscher Ultrasonics एक ISO प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक तथा उपयोग में सुगमता वाले उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ज़ोर देती है। निश्चय ही, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

साहित्य/संदर्भ

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अल्ट्रासाउंड एक अभिनव तकनीक है जिसका उपयोग कणों के सोनोकेमिकल संश्लेषण, समुच्चय विघटन, परिक्षेपण, पायसीकरण, प्रकार्यात्मककरण और सक्रियण के लिए सफलतापूर्वक किया जाता है। विशेष रूप से नैनोप्रौद्योगिकी में, नैनो-आकार की सामग्रियों के संश्लेषण और प्रसंस्करण के लिए अल्ट्रासोनिकेशन एक अनिवार्य तकनीक है। नैनोप्रौद्योगिकी में इस असाधारण वैज्ञानिक रुचि के कारण, नैनो-आकार के कणों का उपयोग अत्यंत बड़ी संख्या में वैज्ञानिक और औद्योगिक क्षेत्रों में किया जाता है। औषधि उद्योग ने भी इस लचीली और परिवर्तनशील सामग्री की उच्च क्षमता को पहचाना है। परिणामस्वरूप, नैनोकणों का उपयोग औषधि उद्योग के विभिन्न कार्यात्मक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• औषधि वितरण (वाहक)
• नैदानिक उत्पाद
• उत्पाद पैकेजिंग
• जैवचिह्नकों की खोज